高频电子线路(第二章 选频网络)精品课件
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高频电子线路_张肃文_第6版课件_第2章_选频网络
• 2.1.1 基本原理 • 2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带 • 2.1.3 串联振荡回路的相位特性曲线
2.1.3 串联振荡回路的相位特性曲线
由于人耳听觉对于相位特性引起的信号失真不 敏感，所以早期的无线电通信在传递声音信号时， 对于相频特性并不重视。 但是，近代无线电技术中，普遍遇到数字信号 与图像信号的传输问题，在这种情况下，相位特性 失真要严重影响通信质量。
1 代入上式，则得 LC L Q C R
+ – Vs
C
在LC谐振回路中，用Q评价谐振回路损耗的大小。 Q值常在几十到几百左右。Q值越大，回路的损耗 越小，其选择性越好。
2.1.1 基本原理
总结
1. 谐振时，回路阻抗值最小，即Z=R；当信号源为电压源 V s ，具有带通选频特性。 时，回路电流最大，即 I 0 R 2. 阻抗性质随频率变化的规律：
又因为
1 w0 L w 0C
C
所以
V V L0 C0
谐振时，电感、电容消失了！
2.1.1 基本原理
1 w0 L w0C 回路的品质因数 w0 L 1 Q R w0CR
考虑到，谐振时
L + – Vs
R
I jw L V L0 0 0
1 V 1 1 s VC 0 I 0 j Vs jQV s jw0C R jw0C w0CR
. (w ) I 1 N (w ) N (w )e j (w ) (w ) w w0 I 0 1 j Q( )
w0
w
w w0 arctan Q w w arctan 0
2.1 arctan Q w w arctan 0
2.1.3 串联振荡回路的相位特性曲线
由于人耳听觉对于相位特性引起的信号失真不 敏感，所以早期的无线电通信在传递声音信号时， 对于相频特性并不重视。 但是，近代无线电技术中，普遍遇到数字信号 与图像信号的传输问题，在这种情况下，相位特性 失真要严重影响通信质量。
1 代入上式，则得 LC L Q C R
+ – Vs
C
在LC谐振回路中，用Q评价谐振回路损耗的大小。 Q值常在几十到几百左右。Q值越大，回路的损耗 越小，其选择性越好。
2.1.1 基本原理
总结
1. 谐振时，回路阻抗值最小，即Z=R；当信号源为电压源 V s ，具有带通选频特性。 时，回路电流最大，即 I 0 R 2. 阻抗性质随频率变化的规律：
又因为
1 w0 L w 0C
C
所以
V V L0 C0
谐振时，电感、电容消失了！
2.1.1 基本原理
1 w0 L w0C 回路的品质因数 w0 L 1 Q R w0CR
考虑到，谐振时
L + – Vs
R
I jw L V L0 0 0
1 V 1 1 s VC 0 I 0 j Vs jQV s jw0C R jw0C w0CR
. (w ) I 1 N (w ) N (w )e j (w ) (w ) w w0 I 0 1 j Q( )
w0
w
w w0 arctan Q w w arctan 0
2.1 arctan Q w w arctan 0
高频电子线路第2章
信号偏离谐振回路的谐振频率时，谐振回路 的幅频特性下降为最大值的 1/ 2 (≈ 0.7)时对 应的频率范围，称为通频带，用BW0.7表示。
BW0.7
2f0.7
f0 Q
I
1
1
I max
1
jQ
0
0
1 j
II 1
I max
I max
12
arctan
➢谐振回路的品质因数越大，通频带越窄
2．并联谐振回路
Yp
1 Zp
1 rp
j C
1 L
1 rp
1
j rp 0 L
0
0
1
j
谐振时 0
Zp max rp Q
L C
U max Is rp
IC j0CUmax j0Crp Is jQIs
IL
U max j0 L
j rp 0 L
解：将图2.9(a)等效为图2.9(b)，各等效元件的参数计算如下
p1
N12 N13
1 5
，p2
N 45 N13
1 10
RL
RL p22
102
2 200(k)
因为Ys
p12Ys
1 Rs
jCs
p12
(
1 Rs
jCs )
所以Rs
Rs p12
52 10 250(k)
Cs
p12Cs
100 52
Rp
X
2 p
Rp2
X
2 p
j Rp2 X p
Rp2
X
2 p
等效变换前后回路的品 质因数应该相等
X s Rp Q
Rs
Xp
高频电子线路(第二版)课件第二章
R0 Q0L 100 2 107 5.07 106 3.18104
31.8k
21
回路带宽为
B f0 100 kHz Q
(3) 求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。 设回路上并
联电阻为R1, 并联后的总电阻为R1∥R0, 总的回路有载品 质因数为QL。 由带宽公式, 有
QL
f0 B
此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故
并联谐振回路的并联阻抗为：
(r jL) 1
Zp
r
jL
jC
1
jC
12
(2-1)
2）谐振频率：定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振
频率ω0。令Zp的虚部为零, 求解方程的根就是ω0, 可得
0
1 LC
1
1 Q2
（2-2）
式中, Q为回路的品质因数, 有：
Q 0L 1 r 0Cr
（2-3）
Q 1
管，通常这些管子比用于低频的管子性能更好, 在外形结构 方面也有所不同。
高频晶体管有两大类型: (1) 一类是作小信号放大的高频小功率管, 对它们的主
要要求是高增益和低噪声; (2) 另一类为高频功率放大管, 除了增益外, 要求其在高
频有较大的输出功率。
8
3、 用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的
I L
C
R0
U
U
(a)
UT
C1
L
R0
C2
U
(b)
UT C2
L C1 R1
(c)
UT C
U1 L
R1
C1
UT
L
U1
C2 R1
(d)
(e)
图2-7 几种常见抽头振荡回路
高频电子线路第二章精品PPT课件
2.2.3 其他形式的滤波器
2.2.3.1、石英晶体滤波器
一、石英晶体的物理特性
1、石英晶体的结构
图2.2.3.1（a）表示自然结晶
体，图（b）表示晶体的横断。
为了便于研究，人们根据石英晶
体的物理特性，在石英晶体内画
出三种几何对称轴，连接两个角
锥顶点的一根轴Z，称为光轴； 在图（b）中沿对角线的三条X 轴，称为电轴；与电轴相垂直的
当 JT 作滤波器使用时，f f p fq 决定了滤波器的通 带宽度。
2.2.3.1
晶体谐振器与一般振荡回路比较，有以下几个明显 的特点：
• ① 晶体的谐振频率 f p和 fq非常稳定。这是因为
Lq、Cq、rq 由晶体尺寸决定，由于晶体的物理特性
它们受外界因素（如温度、震动等）的影响小。
•② 有非常高的品质因数。而普通LC振荡回路的 Q 值只能到几百。
当 fs 偏离f0 ，强度减小 （原因是各 A0振幅不变，但相位变化）。
表面声波滤波器的幅频特性为具有 sin x x 的函数形式， 式中x n f f0 ，（f f f0 ）。
2.2.3.3
目前表面声波滤波器的中心频率可在10MHz～ 1GHz之间，相对带宽0.5为00 50 00 ，插入损耗最低仅几个dB，
沿弹性体表面传递的声波，有n节换能器，（n+1） 个电极或 N n个2 周期段。指间距b、指宽a决定声波波 长。
换能器频率 f0 d ， 传播速度。
周期段长（波长）：0 M 2(a b)
当外加信号频率 fs 时f0 ， 各节所发出的表面波同相迭加，振幅最大， 总振幅 As nA0
（A0 为每节所激发声波强度振幅）。
矩形系数可达1.2。 图2.2.3.8所示为一接有声表面波滤波器的预中放电
2.2.3.1、石英晶体滤波器
一、石英晶体的物理特性
1、石英晶体的结构
图2.2.3.1（a）表示自然结晶
体，图（b）表示晶体的横断。
为了便于研究，人们根据石英晶
体的物理特性，在石英晶体内画
出三种几何对称轴，连接两个角
锥顶点的一根轴Z，称为光轴； 在图（b）中沿对角线的三条X 轴，称为电轴；与电轴相垂直的
当 JT 作滤波器使用时，f f p fq 决定了滤波器的通 带宽度。
2.2.3.1
晶体谐振器与一般振荡回路比较，有以下几个明显 的特点：
• ① 晶体的谐振频率 f p和 fq非常稳定。这是因为
Lq、Cq、rq 由晶体尺寸决定，由于晶体的物理特性
它们受外界因素（如温度、震动等）的影响小。
•② 有非常高的品质因数。而普通LC振荡回路的 Q 值只能到几百。
当 fs 偏离f0 ，强度减小 （原因是各 A0振幅不变，但相位变化）。
表面声波滤波器的幅频特性为具有 sin x x 的函数形式， 式中x n f f0 ，（f f f0 ）。
2.2.3.3
目前表面声波滤波器的中心频率可在10MHz～ 1GHz之间，相对带宽0.5为00 50 00 ，插入损耗最低仅几个dB，
沿弹性体表面传递的声波，有n节换能器，（n+1） 个电极或 N n个2 周期段。指间距b、指宽a决定声波波 长。
换能器频率 f0 d ， 传播速度。
周期段长（波长）：0 M 2(a b)
当外加信号频率 fs 时f0 ， 各节所发出的表面波同相迭加，振幅最大， 总振幅 As nA0
（A0 为每节所激发声波强度振幅）。
矩形系数可达1.2。 图2.2.3.8所示为一接有声表面波滤波器的预中放电
魏俊平 高频电子线路 第2章 高频小信号选频放大器
R. S
Us
L rC
解：1. 计算不考虑 RS、 RL时的回路固
RL
有特性：f0、Q、RP、BW0.7
f0
2
1 LC
(
2
1
)Hz 465kHz
586 106 200 1012
586 106
Q
LC r
200 1012 12
143
RP
L Cr
(
586 106 200 1012
Is'U
' o
IsU12
I's
I sU 12 U 'o
U 12 U 13
Is
1 n1
Is
1mA 5
0.2 mA
Uo
U13 n2
U
' o
n2
I
' s
Re
0.2 30.6 V
n2
10
0.612 V
思考讨论题
1. LC并联谐振回路有何基本特性?说明Q对 回路特性的影响。
2.1 LC谐振回路
2.1.3抽头谐振回路 2.电容分压式
【例2-3、2-4】
第2章 高频电路基础
例 2-3 如图， 抽头回路由电流源激励，忽略回路本 身的固有损耗，试求回路两端电压 u1(t) 的表示式及 回路带宽。
29
例2.4 下图中，线圈匝数 N12 = 10 匝， N13 = 50 匝，N45 = 5 匝，L13= 8.4 mH, C = 51 pF, Q =100, Is = 1 mA , Rs =10 kW, RL= 2.5 kW, 求有载品质因数Qe、通频带BW0.7、谐振输出电压Uo。
高频电子线路优秀课件 (2)
第一节 高频电子线路课程的研究对象
第一节 高频电子线路课程的研究对象
高频功能电路
•可以用不同的器件和不同的电路形式构成。 其功能和输入、输出频谱的关系不会因不同器件或不同的电路形式而改变。 也就是说实现同一功能电路的功能的基本原理是不变的
•大规模集成电路通常是由多个不同功能电路组成的
第一节 高频电子线路课程的研究对象
第二节 无线电发送设备的组成与基本原理
五、发射机的基本组成
图1-2所示是调幅、调相和调频发射机的基本组成方框图，图中只是说 明发射机最基本组成，实际系统会因不同需要而增加许多其它电路。
图1-2 发射机的基本组成方框图
下面以图1-2（a）为例来说明发射机信息传输的过程。主振器产生的高 频振荡信号经缓冲或倍频，并通过高频电压放大后，作为高频载波电压送给 振幅调制器。设其表达式为
设备的高频功能电路的功能、基本组成与原理
功能是指基本电路能够完成的信号传输和信号变换处理的具体工作任务
*功能电路的功能表示形式 *输入信号和输出信号的数学表示法
输入信号和输出信号的波形表示法 输入信号和输出信号的频谱表示法
例1 高频小信号放大器来自例2 普通调幅波调制电路
第一节 高频电子线路课程的研究对象
结论：输入变换器、传输信道和输出变换器不是高频电子线路课程的研究对象，
而发送设备和接收设备中的有关高频功能电路才是高频电子线路的研究对象。
第二节 无线电发送设备的组成与基本原理
一、无线电发送设备是以自由空间为传输信道，把需要传送的信 息（声音、文字、图象）变成电信号，传送到远方的接收点。 二、信息传输的基本要求
第三节 无线电接收设备的组成与基本原理
三、超外差接收机 图1-3所示是应用非常广泛的超外差接收机的方框原理图
高频电子线路课件第二章
p
有载参数的计算： 有载参数的计算： （1）谐振回路的总电导 ∑＝g s＋g p＋g L ）谐振回路的总电导G 其中g 其中 s＝1 / R s，g p＝1 / R p，g L＝1 / R L （2）谐振回路的品质因数 ） 谐振回路的空载品质因数 空载品质因数Q 谐振回路的空载品质因数 0值为 Q 0＝R p / (ω 0L) ＝1 / (ω 0L g p) ω ω 谐振回路的有载品质因数 谐振回路的有载品质因数QL值为 有载品质因数 Q L＝1 / (ω 0L G∑)＝1/ [ω 0L(g s＋g p＋g L)] ω ＝ / ω 所以 Q L＝Q 0/（1+ R p / R s + R p / R L）
1 ω0 = LC
称为RLC并联电路的谐振角频率 。 并联电路的谐振角频率 称为 并联电路的 则： Y=GP=RC/L=1/RP 谐振时，并联谐振回路： 谐振时，并联谐振回路： 1）容纳与感纳抵消（和为零）， ）容纳与感纳抵消（和为零）， 等效为一个纯电导G 纯电阻R 等效为一个纯电导 P （纯电阻 P）。 RP称为并联谐振阻抗（电阻）。 称为并联谐振阻抗（电阻）。 并联谐振阻抗 GP称为并联谐振导纳（电导）。 称为并联谐振导纳（电导）。 并联谐振导纳 ——— 回路可能达到的最小导纳 最大阻抗）。 （最大阻抗）。 2）工作频率低于谐振频率， ）工作频率低于谐振频率， 电路呈感性，反之，电路呈容性。 电路呈感性，反之，电路呈容性。
2-1
串联谐振含义：阻抗在特定频率上具有最小值 串联谐振含义：阻抗在特定频率上具有最小值， 在特定频率上具有最小 在其余频率点阻抗迅速增大。 在其余频率点阻抗迅速增大。
& V & I= = Z & V r + j (ωL − 1 ) ωC & V = r + jX
高频电子线路第二版第2章高频基础电路
特性好的电阻，即需要根
据电路工作频率的高低选
500Ω金属膜电阻
用不同类型的电阻。
2020/5/11
电阻器是电子线路中最常用的无源元件之一。在 电子电路中，一个或多个电阻可构成降压或分压电路 用于有源器件的直流偏置，也可作为直流或电子电路 的负载电阻完成某些特定功能。
电阻的主要类型： 高密度碳介质合成的碳膜电阻； 鎳或其它材料的线绕电阻； 温度穏定材料的金属膜电阻； 铝或铍基材料薄膜片的表面贴装（SMD）电阻
之比
p VL V L
2020/5/11
根据定义，将电压比V L /V L 变换为变压器的线圈圈数 比(或容抗、感抗比), 则令p为
则变换关系为
RL
1 p2
RL
gL p2gL
X L
1 p2
XL
CL p2CL
2020/5/11
Ig pIg
U g
1 p
U
g
例1：
例2：
p N2 N1
2
RL
1 p2
将L2+ M和RL并联支路等效为串联支路,在 QL2 1条件下
,
(L2 M)
X不变R L , 为SQ 1 L 2 2R L R ,L 2 而/ 0 (L 1 2 M )2R L0 2 (L 2 R LM )2
2020/5/11
再将RLS与L1+L2+2M串联支路等效为并联支路, 在串 联支路的 Q 1条件下,等效后的电感值不变仍为 L1+L2+2M, 而电阻为
工作频率进入射频频段宜选用片式多层陶瓷电 容器、片式塑封交流瓷介电容器和片式有机薄膜电 容器。但电容器的电容值不一定是理想值。
射频电路中经常需要旁路、电源去耦滤波和射 频接地等辅助电路，通常可以利用电容器具有自谐 振频率的特点来实现。
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学习这一节的目的在于 为学习“高频小信号放大器”打好基础
第二章 选频网络
•高频电子技术•
§2.3.1 串、并联阻抗等效变换
什么是“等效”？
– 所谓等效就是指电路工作在某一频率时，不管其内 部的电路形式如何，从外部看去其阻抗是相等的。
为什么要进行等效变换？
– 主要是为了使电路的分析更加方便。例如：
•高频电子技术•
3.并联谐振回路其他形式
并联电路的广义形式：
•高频电子技术•
Zp
(p L)2
R1 R2
或Z p
（R1
1
R2）(pC)2
这时，如果R1，R2都不大的情况下，
可以认为R1，R2都集中在电感之路。
且Q p
=
pL
R1 +R2
,
这一概念在实际中很
有用。
第二章 选频网络
•高频电子技术•
§2.3.2 抽头式电路的阻抗变换
V C总
•
VS
2.5 25 0.1
253H 15.9
1
R总
1 Q2
L C总
+
L
R
RX ?
1MHz CX 200 pF
1 25
253106 100 1012
63.6（）
0.1V
1
C2 200 pF
可知图中“？”处是一 个电阻RX
且RX R总 R 63.6 15.9 47.（7 ）
2.求Q0最好用Q0
1
0C0
R
，因为0
,C0
,
R都是给定的。
Q0
L0 C0
1 R
,
L0是通过0
,C0求出，误差大。
.
.
3.V
L0 ,V
C0
是矢量；VL 0 m
,VC
是标量。
0m
习题详解：习题2.6
LR
+ 1MHz
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 解：先看第一次谐振1，1端短路。
0
L
1
0C1
0.1V
1
L
1
02C1
(2
1 106 )2 1001012
C1 100 pF •
25（3 H）
又
•
V C1
•
Q0 V S
Q0
V C1
•
VS
10 100 0.1
而
1 Q0 R
L
1
R
C
Q0
L 1 C 100
253106 100 1012
15.9（）
R
1
Q00C
100 2
1 106 1001012
15.9（）
253H 15.9 1
解：再看第二次谐振，11端接Z
§2.3.1 串、并联阻抗等效变换
•高频电子技术•
注意：利用上述结论回顾和理解并联谐振回路知识
RS iS
C
L
r
iS RS
C
Rp
L
Rp
L Cr
(p L)2
r
1
r(pC)2
Qpp L
Qp
1
pC
Qp2r
电抗部分(在图中为L)等效后不变
上图中的r其实就是Rs ; 图中RP ,它约为Q2倍的Rs (即r) 可见RP和r是有很大差别的,验证了我们学过的知识
电感抽头部分接入
L2 C
L1
电容分压部分接入
C2 L
C1
L2
C
L1
RL
C2 L
C1
RL
§2.3.2 抽头式电路的阻抗变换
•高频电子技术•
1、为什么通过抽头可调节谐振阻抗？
a
L2
b
Zbc
L1
C
c
? Zbc = Zac
Zac
p (L1 L2 ) 2
r
注意：电感、电容串并联时 值的大小的计算！
§2.3.2 抽头式电路的阻抗变换
习题详解：习题2.5
解：Q0
1
0C0 R
1
6
2 3.141.510
100 1012
5
212
L0
1
02C0
1 (2 3.141.5106 )2 1001012
113H
谐振时回路电流：I0
Vsm R
1mV 5
0.2mA
VL0m VC0m Q0Vsm =212mV
解题注意：
1.注意脚标：L0 , C0
引入抽头时阻抗的变化
•高频电子技术•
b
由于L2与C串联后这个支路 ,
L2
在谐振频率
下呈容性
p
,
Zbc
c
所以在
下可将其看作一个电容
Z X由RX 47.7和CX 200 pF串联而成
ZX
RX
1
j0C X
由于Q公式有好几个,所以解法也 有很多种,但结果应当是一样的。
47.7
j
2
1 10 6 200 10 12
(47.7
j796（) ）
第二章 选频网络
•高频电子技术•
§2.3 串、并联电路及抽头式电路的等效变换
本节主要内容： – §2.3.1 串、并联阻抗等效变换 – §2.3.2 抽头式电路的等效变换
代入
请同学们回忆 一下并联谐振 回路中的Q值:
Q
Rp
pL
Rp pC
恰好可以表示为 Rp XP
§2.3.1 串、并联阻抗等效变换
•高频电子技术•
1、并联等效成串联（结论）
得到
RS
1
RP Q
2
Q2 XS 1 Q2 XP
由于高频电路中 ,通常Q 1,所以
RS
RP Q2
XS XP
这个结论用语言表达就是：
为什么会存在“抽头式”电路?
– 1、减小信号源内阻和负载对回路的影响； – 2、可调抽头还可以实现阻抗匹配功能。
常见的抽头电路（电路图见下页）：
– 按被抽头的元件分：电感抽头和电容抽头
– 按抽头在整个电路中位置分：源端抽头和负载端抽 头
§2.3.2 抽头式电路的阻抗变换
常见的抽头电路
•高频电子技术•
谐振电路中的并联支路等效成串联支路时，电抗 部分基本不变，电阻部分变为原来的1/Q2
§2.3.1 串、并联阻抗等效变换
2、串联等效成并联
•高频电子技术•
采用上面相同的方法进行分析（推导从略） 得出的结论是相同的 用公式表达为
RP Q2RS XP XS
这个结论用语言表达就是：
谐振电路中的串联支路等效成并联支路时，电抗 部分基本不变，电阻部分变为原来的Q2倍
等效
导纳直接相加，计算得以简化！
§2.3.1 串、并联阻抗等效变换
1、并联等效成串联
•高频电子技术•
注：图中电抗带颜色，纯电阻不带颜色
A
A
XS
XP
RP
等效
B
RS
B
根据等效的要求 ,两个电路从 AB两点看去,阻抗应该相等
显然串联电路的阻抗为 RS jX S
而并联电路的阻抗为
RP ( jX P ) RP jX P
X P2
RP 2
X
2 P
RP
j
RP 2
RP 2
X
2 P
XP
§2.3.1 串、并联阻抗等效变换
•高频电子技术•
1、并联等效成串联（续）
令并联电路阻抗等于串联电路阻抗(等效定义),有
RS
X P2
RP 2
X
2 P
RP
1
RP XP
2
RP 1
XS
RP 2
RP 2
X
2 P
1
X
P
1
XP RP
2
代入
XP
倒数
。
X
+
L
1MHz 0.1V
R
? ZX 注意：谐振频率 0没有改变。
2.5V
1
C2 200 pF
CX 同时L也没变
根据0
L
1
0C总
可知C总还是100 pF
可见Z
中一定含有电容
X
由CX 与C2串联后仍为100pF(
CX CX
• C2 C2
100pF) 可以推出 CX
•
200 pF
又
C总两端的电压为2.5V Q2